連接器的機(jī)械性能是指連接器在受到各種機(jī)械應(yīng)力和操作條件下所表現(xiàn)出的物理特性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用一些物理特性來(lái)衡量連接器在機(jī)械力與時(shí)間共同作用下的表現(xiàn)。

連接器的機(jī)械性能關(guān)乎連接器在實(shí)際使用中能否夠承受預(yù)期的機(jī)械負(fù)荷和操作次數(shù)，關(guān)系到整個(gè)連接系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性評(píng)估。

一般衡量指標(biāo)

連接器的機(jī)械性能一般都會(huì)用如下指標(biāo)衡量：

插入力以及拔出力

保持力

插拔壽命

抗振性能

耐沖擊性能

(對(duì)于一些特定應(yīng)用領(lǐng)域的連接器，對(duì)機(jī)械性能也會(huì)有特定要求，比如電車充電槍連接器要求耐車輛碾壓，耐跌落等要求。)

我們通過(guò)不同機(jī)械性能相關(guān)的測(cè)試，來(lái)逐一介紹。

PART/ 01

插拔力測(cè)試

(Insertion and Withdraw Force Test)

插拔力是指連接器插入力及拔出力的機(jī)械性能指標(biāo)。

連接系統(tǒng)使用連接器，根本目的就是通過(guò)插拔連接器實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通及斷路。而插拔這一動(dòng)作大部分情況下是人為完成的，為了方便操作，就要求連接器的插入力不可以超過(guò)一定的數(shù)值，例如M12連接器標(biāo)準(zhǔn)IEC 61076-2-101內(nèi)定義M12系列連接器的插入力范圍為10N ~ 30N。而為了保持可靠的電氣接觸，連接器的拔出力也不應(yīng)設(shè)計(jì)得過(guò)小，同樣以M12連接器為例，其標(biāo)準(zhǔn)要求的拔出力范圍在15N ~ 30N之間。

插拔力的測(cè)試我們一般會(huì)使用插拔力試驗(yàn)機(jī)完成。

插拔力測(cè)試一般會(huì)安排在連接器原始狀態(tài)，插拔壽命過(guò)程中，及插拔壽命測(cè)試后執(zhí)行，以比較連接器在使用后的插拔力變化。

一般參考標(biāo)準(zhǔn)：EIA-364-13或IEC 60512-13b

需要定義如下測(cè)試參數(shù)：

a) 測(cè)試速度：若無(wú)特殊定義，連接器/端子插拔力測(cè)試會(huì)按25.4mm/min (EIA-364-13) 的插拔速度執(zhí)行

b) 判定限值：參考產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

連接器插拔力的影響因素很多，如連接器公母端子之間的匹配、連接器主體的匹配、防水密封圈導(dǎo)致的插拔困氣等，都會(huì)影響插拔力值的大小。在插拔力不滿足要求時(shí)，也會(huì)將連接器拆分成各配合零組件，通過(guò)各零件間的插拔力測(cè)試來(lái)分析不良。

插拔力測(cè)試最需要注意的是公母端夾持，插拔力測(cè)試機(jī)臺(tái)一般都是垂直運(yùn)動(dòng)的，若公母端的夾持存在偏斜，則會(huì)導(dǎo)致插拔力過(guò)大，甚至破壞待測(cè)物及機(jī)臺(tái)傳感器。要特別注意，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)插拔力測(cè)試的樣品是否要求去除連接器或端子表面的潤(rùn)滑劑/潤(rùn)滑脂。

PART/ 02

保持力測(cè)試

(Retention Force Test)

連接器通常設(shè)計(jì)帶有鎖緊機(jī)構(gòu) (Locking mechanism)，以確保連接器在匹配后保持牢固，防止誤拔或在外界振動(dòng)沖擊時(shí)意外脫落。

連接器的保持力，通俗講，是指需要該連接器鎖緊機(jī)構(gòu)能保持連接器對(duì)插狀態(tài)需要抵抗的最小外力。通常，連接器的測(cè)試會(huì)要求該力值施加一定的時(shí)間。同樣地，我們以M12系列連接器舉例，IEC 61076-2-010定義了M12 Push-Pull鎖緊機(jī)構(gòu)的連接器性能，其中6.3.2.1章節(jié)要求連接器的Retention force≥300N，且力值施加時(shí)間為60±5s。

(圖示為Push-Pull Lock的鎖緊機(jī)構(gòu)示意)

連接器保持力的測(cè)試設(shè)備與插拔力類似，測(cè)試除一般會(huì)定義到的最大力值施加時(shí)間外，還需要注意部分標(biāo)準(zhǔn)會(huì)定義力值施加的方式。如M12 Push-Pull型連接器保持力測(cè)試參考標(biāo)準(zhǔn)IEC 60512-16-6，力值需要以25mm/min施加，也就是需要對(duì)插狀態(tài)的連接器以該速度在不解鎖狀態(tài)拔出，直到傳感器測(cè)得拔出力為測(cè)試要求值再保持測(cè)試要求的時(shí)間，要求待測(cè)連接器不脫離。

保持力測(cè)試一般也會(huì)安排在連接器原始狀態(tài)，插拔壽命過(guò)程中，及插拔壽命測(cè)試后執(zhí)行，以比較連接器在不同使用壽命后對(duì)鎖緊機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的影響。在部分高溫、UV或者鹽霧腐蝕等對(duì)鎖緊機(jī)構(gòu)材質(zhì)會(huì)有老化影響的測(cè)試后也會(huì)安排保持力測(cè)試。

保持力測(cè)試會(huì)定義如下參數(shù)：

a) 測(cè)試力值

b) 測(cè)試力值施加時(shí)間

c) 測(cè)試力值施加方式

d) 判定要求

連接器的保持力由鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其材質(zhì)強(qiáng)度決定。

(下圖自左至右，分別是Latch Lock，Screw Lock，Bayonet Lock的鎖緊機(jī)構(gòu)示意)

PART/ 03

插拔壽命測(cè)試

(Durability Test)

連接器的插拔壽命，一般以產(chǎn)品設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不影響功能的插拔次數(shù)定義。插拔壽命測(cè)試的目的是用來(lái)評(píng)估連接器經(jīng)連續(xù)使用后端子/結(jié)構(gòu)件磨損及電氣性能的變化。

如上文提及，大部分連接器設(shè)計(jì)有鎖緊機(jī)構(gòu)，連接器執(zhí)行插拔壽命測(cè)試時(shí)，需要考量選擇自動(dòng)插拔設(shè)備測(cè)試或人工測(cè)試。

一般地，以插拔力為主要驗(yàn)證目的，尤其是端子磨損對(duì)應(yīng)插拔力變化的插拔壽命測(cè)試，我們會(huì)建議使用插拔機(jī)臺(tái)執(zhí)行測(cè)試，這時(shí)可以按實(shí)際情況去除鎖緊機(jī)構(gòu)（如Latch Lock會(huì)去除Latch后用機(jī)臺(tái)測(cè)試）。

一般而言，在插拔壽命測(cè)試的過(guò)程中，插拔力監(jiān)測(cè)曲線會(huì)出現(xiàn)插拔力先變小后上升，再變小的趨勢(shì)，主要原因是由于自動(dòng)插拔機(jī)臺(tái)一般為垂直地面運(yùn)行，在長(zhǎng)期插拔壽命測(cè)試過(guò)程中，端子或塑膠/金屬件磨損產(chǎn)生的碎屑無(wú)法排除，堆積在連接器內(nèi)，從而加大干涉，再繼續(xù)插拔的過(guò)程中，這些碎屑逐漸消除，從而插拔力力值下降。

為了防止塑膠/金屬件磨損的碎屑測(cè)試結(jié)果的影響，讓測(cè)試過(guò)程更貼近實(shí)際連接器使用壽命周期內(nèi)的互配/脫離狀況，連接器的壽命測(cè)試也常常會(huì)用人工插拔的方式進(jìn)行。該方式更能模擬連接器所有零件在壽命周期內(nèi)的磨損狀況，尤其對(duì)一些帶有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)或者防呆鍵位的連接器，更能如實(shí)評(píng)估這些位置的磨損狀況。

一般參考標(biāo)準(zhǔn)：EIA-364-09或IEC 60512-9a

需要定義如下測(cè)試參數(shù)：

a) 測(cè)試方法：自動(dòng)機(jī)器插拔或者手動(dòng)人工插拔

b) 插拔速度：自動(dòng)設(shè)備一般設(shè)置最大500±5插拔循環(huán)/分鐘，其中，對(duì)于圓形連接器一般設(shè)置250~300插拔循環(huán)/分鐘。人工一般最大300插拔循環(huán)/分鐘

c) 插拔次數(shù)

d) 判定要求：包含外觀、電氣、插拔力等

連接器的插拔壽命與連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇有很大關(guān)系，尤其是端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鍍層狀況。以M12 螺紋緊固連接器舉例，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)定義了不同端子鍍層的插拔壽命要求如下表，可以看出，沒(méi)有嚴(yán)格定義鍍層厚度，不同鍍層材質(zhì)對(duì)應(yīng)的插拔壽命要求也有很大差異。

在測(cè)試方面，最容易被忽視的點(diǎn)是，要確保所有待測(cè)連接器測(cè)試時(shí)的每個(gè)插拔循環(huán)都是完全插入及完全拔出的。在自動(dòng)插拔機(jī)測(cè)試時(shí)要為了防止公母端輕微偏移帶來(lái)的互配干涉，在手工插拔時(shí)要注意避免操作人員為了加快測(cè)試速度出現(xiàn)未完全拔出就插入的狀況。

PART/ 04

振動(dòng)測(cè)試

(Vibration Test)

連接器的振動(dòng)測(cè)試一般是模擬連接器在運(yùn)輸、安裝及使用過(guò)程中遭遇的各種振動(dòng)，以評(píng)估連接器的抗振能力。常見(jiàn)的振動(dòng)測(cè)試有正弦振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)兩種方式。一般地，通用連接器會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)的連接器標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)定義的振動(dòng)測(cè)試執(zhí)行，定制連接器會(huì)跟隨連接器匹配的設(shè)備等終端對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行振動(dòng)測(cè)試。

關(guān)于正弦振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)的選擇，其實(shí)也可以參考IEC 60068-3-8內(nèi)容評(píng)估。如下表可以比較直觀地看出兩種不同測(cè)試方法適用的領(lǐng)域：

通常在一些常用的連接器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，只會(huì)定義正弦振動(dòng)測(cè)試要求，如上文提及的M12連接器。正弦振動(dòng)通常采用掃頻的方式測(cè)試，可以在設(shè)計(jì)/開發(fā)階段分析連接器共振頻率，或者執(zhí)行恒定振幅的疲勞測(cè)試。

正弦振動(dòng)測(cè)試一般需要定義的測(cè)試參數(shù)：

a) 峰值加速度(am)/最大振幅(Xm)

b) 頻率范圍

c) 掃頻時(shí)間

d) 振動(dòng)軸向

e) 振動(dòng)周期

正弦振動(dòng)也有著簡(jiǎn)單、低成本等優(yōu)勢(shì)。但也是由于共振問(wèn)題，會(huì)使待測(cè)物產(chǎn)生不符合實(shí)際的振幅，導(dǎo)致測(cè)試失效與實(shí)際失效不符，在一些對(duì)振動(dòng)要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，會(huì)需要執(zhí)行隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試來(lái)評(píng)估連接器的可靠性。

隨機(jī)振動(dòng)的瞬時(shí)振幅相對(duì)頻率范圍內(nèi)的所有頻率是隨機(jī)的，隨機(jī)振動(dòng)也是現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境中最常見(jiàn)的激勵(lì)形式，尤其在大多數(shù)運(yùn)輸環(huán)境下的振動(dòng)。隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試過(guò)程中，很多共振會(huì)激發(fā)，但其強(qiáng)度相對(duì)正弦振動(dòng)期間產(chǎn)生的低，不會(huì)產(chǎn)生不現(xiàn)實(shí)的疲勞損傷。

隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試一般需要定義的測(cè)試參數(shù)：

a) 頻率范圍

b) 功率譜密度(PSD)/加速度譜密度(ASD)曲線

c) 振動(dòng)軸向

d) 振動(dòng)周期

對(duì)于連接器的振動(dòng)測(cè)試，不論采用正弦振動(dòng)或隨機(jī)振動(dòng)，一般都會(huì)要求在測(cè)試過(guò)程中檢測(cè)瞬斷 (Disturbance)，即連接器在振動(dòng)過(guò)程中電阻值在一定時(shí)間內(nèi) (如1μs) 不能超過(guò)一定值 (如7Ω)。

振動(dòng)測(cè)試后，一般還會(huì)對(duì)連接器外觀尤其是端子及鎖緊機(jī)構(gòu)的磨損，以及電氣、氣密等性能檢查。

PART/ 05

機(jī)械沖擊測(cè)試

(Mechanical Shock Test)

連接器機(jī)械沖擊測(cè)試一般是模擬產(chǎn)品在生命周期內(nèi)可能經(jīng)歷的運(yùn)輸沖擊、碰撞沖擊，甚至是爆炸沖擊，以保證連接器在沖擊后仍能正常工作，是發(fā)現(xiàn)連接器結(jié)構(gòu)缺陷重要的手段之一。

機(jī)械沖擊測(cè)試有三種不同的沖擊脈沖波形，分別為半正弦脈沖、鋸齒脈沖及梯形脈沖。連接器相關(guān)測(cè)試中最常見(jiàn)的是使用半正弦脈沖波形的機(jī)械沖擊測(cè)試，其脈沖波形如下圖所示，即正弦脈沖的半個(gè)周期，適用于模擬線性系統(tǒng)的碰撞或減速引起的沖擊（如彈性結(jié)構(gòu)的撞擊）。

由如上脈沖圖形可以看出，機(jī)械沖擊測(cè)試一般需要的參數(shù)如下：

a) 沖擊脈沖波形

b) 重復(fù)速率/脈沖持續(xù)時(shí)間

c) 峰值加速度

d) 沖擊軸向

e) 沖擊次數(shù)

與振動(dòng)測(cè)試相同，對(duì)于連接器的機(jī)械沖擊測(cè)試，一般也會(huì)要求在測(cè)試過(guò)程中檢測(cè)瞬斷(Disturbance)，并且，機(jī)械沖擊測(cè)試后，需要對(duì)連接器外觀以及電氣、氣密等性能檢查。